CN101674286B - 一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，用于在通信网络上实现具有单网络接口的第一主机与具有单网络接口的第二主机间的多路径通信，通信网络以支持多穴主机间的多路径通信的网络协议为基础，包括：第一主机向第二主机发送用于建立连接的网络报文，其IP地址参数域中包括第一主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；中转节点根据转发策略对网络报文进行处理；第二主机接收到网络报文后记录报文，并原路返回响应报文，其IP地址参数域中包括第二主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；第一主机接收到响应报文后记录该报文，然后根据网络协议向第二主机再次发送建立连接所需的其它报文，直到两主机间建立连接为止。

Description

一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法

技术领域

本发明涉及一种在网络上实现多路径通信的方法，特别涉及一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法。

背景技术

IP网络在传输某一特定的数据包时，如果路由不发生变化，则对于该数据包通常只有一个传输路径。当这个路径上的部分链路出现拥塞，就会严重影响数据传输的服务质量(QoS)。人们提出了多种技术来提高传输的QoS，IP网络多路径(IP network multipathing，IPMP)即是其中之一。IP网络多路径传输有如下好处：

1、可以汇聚多条路径的带宽，满足上层应用的带宽需求；

2、网络流量在多个路径上传输，可以提高传输的可靠性；

3、传输内容被窃听或截取的难度加大，增强了网络传输的安全性；

4、改善了传输的QoS，提高了网络的利用率。

IP网络多路径传输主要有两种应用策略，一是报文的传输只在其中一条路径上进行，这一路径也被称为主路径，而其它路径作为备用路径，当主路径失效时，选择一个备用路径成为主路径进行传输；二是将报文并发在多条路径上传输，当有路径失效时，重新调度报文，不使用失效路径。

IP网络多路径的实现也有两种方式，一是进行传输的两个主机(或其中之一)有多个网络接口，且这些接口接入了不同的网络，那么这两个主机之间就可能存在不同的直接IP路径；二是进行传输的两个主机都只有一个网络接口，寻找适当的中转节点，将报文经由这些节点中转，就可以形成除了直接IP路径之外的一条或多条重叠路径。重叠路径是若干中转节点的有序排列，进行通信的两个端点之间的报文经过这些中转节点依次转发，而不是直接由两个端点之间的直接IP路由路径传输。中转节点之间以及中转节点与通信端点之间仍然使用由IP路由决定的路径。

2000年成为IETF标准的SCTP协议作为一种在TCP和UDP基础上发展起来的传输层协议，经过长期实践检验，已经得到各大操作系统和网络设备厂商的普遍接受。它考虑了TCP和UDP在应用中遇到的各种问题，形成了自己的特点，如支持多穴主机、支持多流、面向消息、支持消息的无序递交、部分可靠的传输等。由于SCTP提供了对多穴和多路径的完善的机制，基于该协议可以很容易实现多路径的第一种方式，即多接口(多穴)主机之间的传输。利用SCTP多穴特点进行多路径传输的实现也更多地集中在无线或者有线无线相结合的领域。但在有线IP网络中，由于绝大多数主机只有一个网络接口，这就制约了SCTP协议多穴特点在多路径传输中的应用。因此，在单网络接口主机间如何根据SCTP协议实现多路径通信也就成为SCTP协议进一步推广的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的是克服现有的单网络接口主机间无法实现多路径通信的缺陷，从而提供一种使得单网络接口主机间能够进行多路径通信的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，用于在通信网络上实现具有单网络接口的第一主机与具有单网络接口的第二主机间的多路径通信，所述通信网络以支持多穴主机间的多路径通信的网络协议为基础，包括：

步骤1)、所述的第一主机向所述的第二主机发送用于建立两者间连接的网络报文，所述网络报文的目的IP地址为所述第二主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址中的一个，所述网络报文的IP地址参数域中包括所述第一主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；

步骤2)、所述的网络报文通过所述通信网络中的中转节点的转发，到达所述的第二主机；

步骤3)、所述的第二主机接收到所述的网络报文后记录该报文，并返回该报文的响应报文，所述的响应报文的IP地址参数域中包括所述第二主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；

步骤4)、所述的第一主机接收到所述响应报文后记录该报文，建立所述第一主机与第二主机间的连接；

步骤5)、所述第一主机与所述第二主机分别在自身的真实网络接口与对方的虚拟网络接口和真实网络接口间建立多个通信路径，在所述通信路径上进行通信。

上述技术方案中，所述的支持多穴主机间的多路径通信的网络协议采用SCTP协议。

上述技术方案中，所述的虚拟网络接口由所述通信网络上的中转节点承担，在所述通信网络的各条重叠路径中，将距离所述第一主机距离为一跳的所有中转节点设定为所述第二主机的虚拟网络接口，将距离所述第二主机距离为一跳的所有中转节点设定为所述第一主机的虚拟网络接口。

上述技术方案中，所述的中转节点根据自身的转发策略实现对所述网络报文的转发。

上述技术方案中，当所述的中转节点直接与两个主机分别连接时，所述的转发策略包括将来自一个主机的报文的目的IP地址改变为另一个主机的IP地址，以及将来自一个主机的报文的源IP地址改变为本中转节点的IP地址。

上述技术方案中，当所述的中转节点与一个主机与一个中转节点分别连接时，所述的转发策略包括将来自所连接的主机的报文的目的IP地址改变为所连接的中转节点的IP地址，以及将来自所连接的中转节点的报文的目的IP地址改变为所连接的主机的IP地址，并将来自所连接的中转节点的报文的源IP地址改变为本中转节点的IP地址。

上述技术方案中，当所述的中转节点与两个中转节点连接时，所述的转发策略包括将来自所连接的一个中转节点的报文的目的IP地址改变为所连接的另一个中转节点的IP地址。

上述技术方案中，所述的转发策略由所述的主机配置到相应的中转节点上。

本发明的优点在于：

通过本发明的方法，可以在两个具有单网络接口的主机间建立多条通信路径，加快了主机间的通信效率；

通过多条通信路径的建立，使得主机间的一条通信路径因故中断后，可以由其它通信路径发送信息，增强了整个通信系统的鲁棒性。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为在一个实施例中所涉及的具有两个单网络接口的主机以及多个中转节点的IP网络的示意图

图2为对图1所示IP网络选定重叠路径后两个主机间的路径连接图；

图3为图1中所示的两个主机通过本发明的方法所建立的关联的示意图；

图4为本发明的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

为了方便理解，在图1中给出了一个IP网络，在下文中将根据该IP网络对本发明的方法加以说明。图1中的IP网络包括两个主机A和B以及多个中转节点RN11、RN21、RN22、RN31、RN32、RN33，其中的主机A、B都只有一个接口。在图1中的路由器与路由器之间的物理链路连接仅为一个示意，用于说明主机A、B及中转节点两两之间都是IP路由可达的，即都有直接的IP路径。

对于图1所示的IP网络，采用了通过支持多穴主机实现多路径通信的SCTP协议。在主机A、B之间，除AB之间的直接路径A<——>B外，还可以选定三条重叠路径：

重叠路径1：A<——>RN11<——>B

重叠路径2：A<——>RN21<——>RN22<——>B

重叠路径3：A<——>RN31<——>RN32<——>RN33<——>B

对于上述重叠路径的选择是本领域中的成熟技术，在本发明中只要给出选定的重叠路径即可。一般而言，在所选定的重叠路径中，应当使得重复的中转节点尽可能地少。

在图2中给出了主机A、B间上述直接路径与重叠路径的示意图。在已知重叠路径的前提下，为主机设定虚网络接口。在各条重叠路径中，将离主机A距离为一跳的N个中转节点设为主机B的虚网络接口，类似的，在各条重叠路径中，将离主机B距离为一跳的N个中转节点设为主机A的虚网络接口。在图2中，主机A的虚网络接口为RN11、RN22、RN33；主机B的虚网络接口为RN11、RN21、RN31。在设定虚网络接口后，就可以在虚网络接口与真实网络接口之间建立直接路径的关联。如前所述，主机A的虚网络接口为RN11、RN22、RN33，则主机B以自己的单网络接口与A的虚网络接口和A的真实网络接口之间建立拥有4个直接路径的关联，这4个路径是：

A<——>B

RN11<——>B

RN22<——>B

RN33<——>B

在建立上述关联后，主机B今后发送报文时，所发出报文的目的地址是A、RN11、RN22、RN33其中之一的IP地址。

同理，主机B的虚网络接口包括RN11、RN21、RN31。由于重叠路径1只有一个中转节点，所有RN11既是A的虚网络接口，也是B的虚网络接口。主机A以自己的单网络接口与这些虚网络接口和B的真实网络接口之间建立拥有4个直接路径的关联，这4个路径是：

A<——>B

A<——>RN11

A<——>RN21

A<——>RN31

在建立上述关联后，主机A今后发送报文时，所发出报文的目的地址是B、RN11、RN21、RN31其中之一的IP地址。

在图2所示的IP网络中，所涉及的中转节点可以分为三类，第一类是直接与两个主机分别连接的中转节点，如节点RN11分别连接到主机A和主机B上；第二类是与一个主机与一个中转节点分别连接的中转节点，如节点RN21分别连接到主机A与中转节点RN22；第三类是分别连接到两个中转节点上的中转节点，如RN32分别连接到两个中转节点RN31和RN33。对于中转节点而言，在收到报文后需要将报文进行转发，在转发过程中就涉及到相应的转发策略。对于不同类型的中转节点，它们的转发策略是不一样的，在下面的表1中分别以RN11、RN21、RN32为例，对前面所提到的三种中转节点的转发策略进行说明。但本领域的普通技术人员应当理解，对于同一类中转节点中的其它中转节点，它们的转发策略与之相近。

表1

上述的转发策略可由主机向相应的中转节点发出配置请求，由这些节点自己实现转发策略的配置，以符合图2所示的重叠路径的要求。

在经过上述的设定后，主机A与B之间可建立关联，从而实现主机间的通信。在一个实施例中，假设主机B主动向主机A发出连接请求，下文中，结合图4对主机B与主机A之间如何建立连接，进而通信的过程加以说明。

步骤1)、主机B首先选择主机A的4个接口(三个虚网络接口和一个真实网络接口)的IP地址之一作为目的IP地址，假设在本次通信过程中，所选择的目的IP地址为虚网络接口RN33的IP地址。然后根据这一目的IP地址，向虚网络接口RN33发出INIT报文。主机B在INIT报文的IP地址参数域中携带4个IP地址，分别是主机B的真实IP地址及主机B的三个虚网络接口的IP地址，即4个IP地址包括B、RN11、RN21、RN31的IP地址。

步骤2)、作为中转节点的RN33收到INIT报文后，根据转发策略，将该报文目的IP地址替换为RN32的IP地址，再根据该目的IP地址将INIT报文发送到中转节点RN32上。应当说明的是，由于中转节点RN33分别连接到一个主机和一个中转节点，因此其转发策略可以参考表1中RN21的转发策略。

步骤3)、中转节点RN32收到INIT报文后，根据表1所述的转发策略，将该报文目的IP地址替换为RN31的IP地址，再将报文发送到RN31上。

步骤4)、中转节点RN31收到INIT报文后，参考表1中RN21的转发策略，将INIT报文的目的IP地址替换为主机A的IP地址，将该报文源IP地址替换为自己的IP地址，再将报文发送到主机A。

步骤5)、主机A收到INIT报文后，记录该报文，根据报文的源IP地址发现报文来自中转节点RN31，且报文的IP地址参数域中包含了B、RN11、RN21、RN31的IP地址，由此主机A意识到一个有4个接口的端点试图与自己建立关联，如图3(a)所示。因此，主机A向中转节点RN31回应INIT_ACK报文，且在该报文的IP地址参数域中携带4个IP地址，分别是A的真实IP地址及A的三个虚网络接口的IP地址，即4个IP地址包括A、RN11、RN22、RN33的IP地址。

步骤6)、中转节点RN31收到INIT_ACK报文后，参考表1中RN21的转发策略，将该报文目的IP地址替换为RN32的IP地址，再将报文发送到中转节点RN32上。

步骤7)、中转节点RN32收到INIT_ACK报文后，根据表1中所述的转发策略，将该报文目的IP地址替换为RN33的IP地址，再将报文发送到RN33上。

步骤8)、RN33收到INIT_ACK报文后，参考表1中RN21的转发策略，将该报文目的IP地址替换为主机B的IP地址，将该报文的源IP地址替换为自己的IP地址，再发送到主机B上；

步骤9)、B收到INIT_ACK报文，记录该报文，根据报文的源IP地址发现报文来自中转节点RN33，且报文的IP地址参数域中包含了A、RN11、RN22、RN33的IP地址，由此主机B意识到对方是一个有4个接口的端点，如图3(b)所示。

步骤10)、主机B向中转节点RN33回应COOKIE_ECHO报文，该报文经RN33、RN32、RN31根据转发策略依次中转后到达主机A。

步骤11)、主机A向中转节点RN31回应COOKIE_ACK报文，该报文经RN31、RN32、RN33根据转发策略依次中转后到达主机B。

至此，主机A建立了到B、RN11、RN21、RN31这四个接口的关联，此关联管理4条直接路径。主机B建立了到A、RN11、RN22、RN33这四个接口的关联，此关联同样管理4条直接路径。在SCTP协议中有完善的机制对这些路径进行管理。

以上内容就是对在图2所示的IP网络中如何建立主机A与主机B间多个传输路径的说明。在所建立的多个传输路径中，经过中转节点的转发，A(或B)经过其建立的关联发送出来的报文将进入B(或A)所建立的关联，由此A和B之间的通信报文可以选择4条路径进行传输，而不再局限于单一的传输路径。特别的，当有中转节点失效时，例如中转节点RN32失效，则A和B之间沿重叠路径3互相发送的SCTP协议的心跳报文都不能到达对方，A会认为对方接口RN31失效，在后续操作中，A将不会把报文发送给RN31，并且如果已经有发送给RN31的没有收到确认的报文，将由其它路径重传。B会认为对方接口RN33失效，在后续操作中，B不会将报文发送给RN33，并且如果已经有发送给RN33的没有收到确认的报文，将由其它路径重传。

本方法通过将重叠路径上的中转节点模拟成通信双方的虚网络接口，利用了SCTP协议支持多接口主机的特性，在应用层看起来，SCTP协议在单网络接口的主机A、B之间得到应用，并且管理了多条重叠路径和一条直接路径，保证了A、B之间多路径传输的实现。

在上述实施例中，以SCTP协议为例，对在IP网络上如何实现单网络接口的主机间的多路径通信进行了说明。在其它实施例中，还可以在其它网络协议的基础上，实现单网络接口的主机间的多路径通信，只要该网络协议本身能够支持多穴主机间的多路径通信，就可以如前述实施例中所描述的那样，在根据网络协议建立多路径通信的阶段中，使得通信双方互相知道对方的虚拟网络接口和实际网络接口，并配置中转节点的转发策略，从而实现只有单网络接口的主机之间的多路径通信。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，用于在通信网络上实现具有单网络接口的第一主机与具有单网络接口的第二主机间的多路径通信，所述通信网络以支持多穴主机间的多路径通信的网络协议为基础，包括：

步骤1）、所述的第一主机向所述的第二主机发送用于建立两者间连接的网络报文，所述网络报文的目的IP地址为所述第二主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址中的一个，所述网络报文的IP地址参数域中包括所述第一主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；

步骤2）、所述的网络报文通过所述通信网络中的中转节点的转发，到达所述的第二主机；

步骤3）、所述的第二主机接收到所述的网络报文后记录该报文，并返回该报文的响应报文，所述的响应报文的IP地址参数域中包括所述第二主机的虚拟网络接口与真实网络接口的IP地址；

步骤4）、所述的第一主机接收到所述响应报文后记录该报文；

至此，所述第一主机与所述第二主机分别在自身的真实网络接口与对方的虚拟网络接口和真实网络接口间建立了多个通信路径，在所述多个通信路径上进行通信；

其中，所述的虚拟网络接口由所述通信网络上的中转节点承担，在所述通信网络的各条重叠路径中，将距离所述第一主机距离为一跳的所有中转节点设定为所述第二主机的虚拟网络接口，将距离所述第二主机距离为一跳的所有中转节点设定为所述第一主机的虚拟网络接口。

2.根据权利要求1所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，所述的支持多穴主机间的多路径通信的网络协议采用SCTP协议。

3.根据权利要求1所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，所述的中转节点根据自身的转发策略实现对所述网络报文的转发。

4.根据权利要求3所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，当所述的中转节点直接与两个主机分别连接时，所述的转发策略包括将来自一个主机的报文的目的IP地址改变为另一个主机的IP地址，以及将来自一个主机的报文的源IP地址改变为本中转节点的IP地址。

5.根据权利要求3所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，当所述的中转节点与一个主机和一个中转节点分别连接时，所述的转发策略包括将来自所连接的主机的报文的目的IP地址改变为所连接的中转节点的IP地址，以及将来自所连接的中转节点的报文的目的IP地址改变为所连接的主机的IP地址，并将来自所连接的中转节点的报文的源IP地址改变为本中转节点的IP地址。

6.根据权利要求3所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，当所述的中转节点与两个中转节点连接时，所述的转发策略包括将来自所连接的一个中转节点的报文的目的IP地址改变为所连接的另一个中转节点的IP地址。

7.根据权利要求3所述的在单网络接口主机间实现多路径通信的方法，其特征在于，所述的转发策略由所述的主机配置到相应的中转节点上。

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